JP6638071B2 - Zirconium separation method and spent fuel treatment method - Google Patents

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Description

本発明は、放射性溶液からジルコニウムを分離する方法及び使用済燃料の処理方法に関する。   The present invention relates to a method for separating zirconium from a radioactive solution and a method for treating spent fuel.

原子力発電所から排出される使用済燃料は、再処理によって核燃料物質が回収された後、ガラス固化体へ加工され、地層処分される計画となっている。これまで再処理工程で回収する元素は、核燃料物質であるウラン(U)とプルトニウム(Pu)であった。   It is planned that spent fuel discharged from nuclear power plants will be processed into vitrified material after geological disposal after nuclear fuel material is recovered by reprocessing. Until now, the elements recovered in the reprocessing step have been uranium (U) and plutonium (Pu), which are nuclear fuel materials.

しかしながら、近年、半減期が非常に長い放射性核種であるマイナーアクチニド(MA)を使用済燃料から回収し、半減期の短い核種に核変換することで、ガラス固化体の放射能毒性が減衰する期間を大幅に短縮する研究が盛んに行われるようになってきた。これに加えて、使用済燃料に含まれる核分裂生成物(FP)のうち、比較的半減期の長い核分裂生成物(長寿命核分裂生成物:LLFP)を分離することが検討されてきている。使用済燃料から分離することを検討されているLLFPの一つに、ジルコニウム(Zr)がある。   However, in recent years, a minor actinide (MA), a radionuclide with a very long half-life, is recovered from spent fuel and transmuted into a nuclide with a short half-life, so that the radiotoxicity of the vitrified material is attenuated. The research to shorten the time significantly has been actively conducted. In addition, among fission products (FPs) contained in spent fuel, separation of fission products having a relatively long half-life (long-lived fission products: LLFP) has been studied. One of the LLFPs being considered for separation from spent fuel is zirconium (Zr).

ジルコニウムを含む半揮発性FPフッ化物を使用済燃料から分離する方法の一例が特許文献1に記載されている。特許文献1には、核燃料物質とフッ素ガスとを供給して両者を反応させてフレームを形成するフレーム炉内で、半揮発性FPフッ化物を凝集材の表面に温度差により凝集させ、残渣回収部に送る方法が開示されている。   Patent Literature 1 describes an example of a method for separating a semi-volatile FP fluoride containing zirconium from spent fuel. In Patent Document 1, semi-volatile FP fluoride is aggregated on the surface of an aggregating material by a temperature difference in a flame furnace in which a nuclear fuel material and a fluorine gas are supplied and reacted to form a flame, and the residue is recovered. A method for sending to a department is disclosed.

非特許文献1においては、高レベル放射性廃液のような硝酸溶液中では、溶解しているジルコニウムは、同じく溶解しているモリブデン(Mo)と反応してモリブデン酸ジルコニウム(ZrMo(OH)・2HO)を形成し、固体として沈殿する性質があることが報告されている。In Non-Patent Document 1, in a nitric acid solution such as a high-level radioactive waste liquid, dissolved zirconium reacts with similarly dissolved molybdenum (Mo) to produce zirconium molybdate (ZrMo 2 O 7 (OH)). 2 · 2H 2 O) is formed, that there is a property of precipitating as a solid have been reported.

非特許文献2には、高レベル放射性廃液中のモリブデン濃度がジルコニウム濃度よりも低いというデータが記載されている。   Non-Patent Document 2 describes data that the molybdenum concentration in the high-level radioactive liquid waste is lower than the zirconium concentration.

特開2012−47546号公報JP 2012-47546 A

Y. Kondo et al., Proceedings of Global 2009, 277-280 (2009)Y. Kondo et al., Proceedings of Global 2009, 277-280 (2009) 総説 分離変換工学、日本原子力学会、4-2ページ(2004)Review Separation and Transformation Engineering, Atomic Energy Society of Japan, page 4-2 (2004)

ジルコニウム等の元素を単独で分離するためには、元素の化学的性質の違いを利用して元素を相互に分離していく必要がある。   In order to separate elements such as zirconium alone, it is necessary to separate elements from each other by utilizing the difference in chemical properties of the elements.

特許文献1に記載の手法でジルコニウムを分離することは可能であるが、より簡素な方法で特定の元素を分離できるようになることが望まれている。   Although it is possible to separate zirconium by the method described in Patent Document 1, it is desired that a specific element can be separated by a simpler method.

また、湿式再処理で発生した高レベル放射性廃液を乾燥固化し、その固化物を溶融塩に溶解してから、電解法で元素を分離してもよい。これは、溶融塩電解法と呼ばれている。   Further, the high-level radioactive liquid waste generated by the wet reprocessing may be dried and solidified, and the solidified substance may be dissolved in a molten salt, and then the elements may be separated by an electrolytic method. This is called a molten salt electrolysis method.

本発明者は、高レベル放射性廃液から長寿命核分裂生成物(LLFP)を元素ごとに回収する方法を検討した。前述のように高レベル放射性廃液を乾燥固化し、溶融塩電解法で元素を回収する方法でも、高レベル放射性廃液に含まれるLLFPを元素ごとに回収可能と考えられる。しかし、あらかじめ簡素な手法で高レベル放射性廃液からジルコニウムを分離することができれば、溶融塩電解法等でLLFPを分離する際にジルコニウムを分離する手間が省け、より望ましい分離プロセスを構築できるという考えに至った。   The present inventors have studied a method of recovering long-lived fission products (LLFP) element by element from high-level radioactive waste liquid. As described above, it is considered that the LLFP contained in the high-level radioactive waste liquid can be recovered for each element also by the method of drying and solidifying the high-level radioactive waste liquid and recovering the elements by the molten salt electrolysis method. However, if zirconium can be separated from high-level radioactive liquid waste by a simple method in advance, the work of separating zirconium when LLFP is separated by a molten salt electrolysis method or the like can be omitted, and a more desirable separation process can be constructed. Reached.

本発明の目的は、高レベル放射性廃液に含まれる長寿命核分裂生成物(LLFP)のうち、ジルコニウムを簡便な方法により分離し、その他のLLFPの回収を容易にすることにある。   An object of the present invention is to separate zirconium from long-lived fission products (LLFP) contained in high-level radioactive liquid waste by a simple method, and to facilitate recovery of other LLFPs.

本発明のジルコニウムの分離方法は、ジルコニウムを含む放射性溶液からジルコニウムを分離する方法であって、放射性溶液にモリブデンを添加することにより、ジルコニウムとモリブデンとの反応生成物である沈殿物を生成し、沈殿物と液とを分離する。   The method for separating zirconium of the present invention is a method for separating zirconium from a radioactive solution containing zirconium, and by adding molybdenum to the radioactive solution, produces a precipitate that is a reaction product of zirconium and molybdenum, Separate the precipitate from the liquid.

本発明によれば、高レベル放射性廃液に含まれる長寿命核分裂生成物(LLFP)のうち、ジルコニウムを簡便な方法により分離し、その他のLLFPの回収を容易にすることができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, among long-lived fission products (LLFP) contained in a high-level radioactive liquid waste, zirconium can be isolate | separated by a simple method, and collection | recovery of other LLFP can be facilitated.

実施例1のジルコニウムの分離方法を示すフローチャートである。4 is a flowchart illustrating a method for separating zirconium according to the first embodiment. 実施例1のジルコニウムの分離装置を示す概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing a zirconium separation device of Example 1. 実施例2のジルコニウムの分離方法を示すフローチャートである。6 is a flowchart illustrating a method for separating zirconium according to a second embodiment. 実施例2のジルコニウムの分離装置を示す概略図である。FIG. 5 is a schematic diagram showing a zirconium separation device of Example 2. 本発明の原理に関するものであって、モリブデン酸化物とフッ素ガスとの反応及びジルコニウム酸化物とフッ素ガスとの反応についてギブス自由エネルギーを計算した結果を示すグラフである。4 is a graph relating to the principle of the present invention and showing the result of calculating Gibbs free energy for the reaction between molybdenum oxide and fluorine gas and the reaction between zirconium oxide and fluorine gas. 本発明の原理に関するものであって、フッ化モリブデン及びフッ化ジルコニウムの蒸気圧の温度依存性を計算した結果を示すグラフである。4 is a graph relating to the principle of the present invention and showing the result of calculating the temperature dependence of the vapor pressure of molybdenum fluoride and zirconium fluoride. 本発明の原理に関するものであって、モリブデン、ジルコニウム又はウランの酸化物とフッ素ガスとが反応する際の反応のエンタルピーを示すグラフである。4 is a graph relating to the principle of the present invention and showing the enthalpy of reaction when a fluorine gas reacts with an oxide of molybdenum, zirconium or uranium.

本発明は、放射性溶液からジルコニウムを分離する方法及び使用済燃料の処理方法に関する。ここで、放射性溶液は、高レベル放射性廃液等である。また、使用済燃料は、ジルコニウムを含む使用済の核燃料である。   The present invention relates to a method for separating zirconium from a radioactive solution and a method for treating spent fuel. Here, the radioactive solution is a high-level radioactive waste liquid or the like. The spent fuel is a spent nuclear fuel containing zirconium.

非特許文献1に記載されているように、モリブデン酸ジルコニウムとして沈殿したジルコニウムについては、固体沈殿物として高レベル放射性廃液(以下「高レベル廃液」という。)から回収することができる。しかしながら、非特許文献2のデータから、高レベル廃液中のモリブデンとジルコニウムが反応したとしても、全てのジルコニウムが沈殿しないことがわかる。このため、高レベル廃液中には、一定量のジルコニウムが溶解しつづけることになる。   As described in Non-Patent Document 1, zirconium precipitated as zirconium molybdate can be recovered from a high-level radioactive waste liquid (hereinafter, referred to as “high-level waste liquid”) as a solid precipitate. However, the data of Non-Patent Document 2 shows that even if molybdenum and zirconium in the high-level waste liquid react, not all zirconium precipitates. Therefore, a certain amount of zirconium continues to be dissolved in the high-level waste liquid.

そこで、本発明者は、モリブデンとジルコニウムとの反応に着目し、高レベル廃液からジルコニウムを簡素な方法で分離する方法を案出した。   Therefore, the present inventor has focused on the reaction between molybdenum and zirconium, and has devised a method for separating zirconium from a high-level waste liquid by a simple method.

具体的には、一つ目の方法は、高レベル廃液にモリブデンを追加的に溶解し、ジルコニウムをモリブデンと反応させることで、すべてのジルコニウムをモリブデン酸ジルコニウムとして沈殿させ、その沈殿物を高レベル廃液から回収することにより、ジルコニウムを分離する方法である。   Specifically, the first method is to additionally dissolve molybdenum in high-level waste liquid and react zirconium with molybdenum to precipitate all zirconium as zirconium molybdate, and to elevate the precipitate to a high level. This is a method of separating zirconium by recovering it from waste liquid.

二つ目の方法は、高レベル廃液を濃縮し、ジルコニウム及びモリブデンの濃度を濃くすることにより、反応を起こしやすくする方法である。   The second method is to concentrate the high-level waste liquid and increase the concentration of zirconium and molybdenum to make the reaction more likely to occur.

ただし、二つ目の方法だけでは、すべてのジルコニウムを沈殿させるためにはモリブデンの量が不足する。したがって、一つ目の方法と二つ目の方法を組み合わせることも有効な方法となりうる。   However, with the second method alone, the amount of molybdenum is insufficient to precipitate all the zirconium. Therefore, combining the first method and the second method can be an effective method.

以下、実施例について説明する。   Hereinafter, examples will be described.

図1は、本実施例のフローチャートであり、使用済燃料からジルコニウムを分離するまでの工程を示したものである。   FIG. 1 is a flowchart of the present embodiment, and shows steps up to the separation of zirconium from spent fuel.

本図においては、ジルコニウムの分離方法は、高レベル廃液5(ジルコニウムを含む放射性溶液)にモリブデン6を添加して高レベル廃液中のジルコニウムをモリブデン酸ジルコニウムとして沈殿させるための沈殿析出工程S101と、生成した沈殿物7を残液8から回収する沈殿物回収工程S102と、回収した沈殿物7を乾燥する乾燥工程S103と、乾燥させた沈殿物7をフッ素ガス11と反応させてフッ化モリブデン9とフッ化ジルコニウム10を得るフッ化工程S104と、を含む。また、ジルコニウムの分離方法は、フッ化モリブデン9の化学形態を変える転換工程S105を含むものであってもよい。   In this figure, a method for separating zirconium includes a precipitation step S101 for adding molybdenum 6 to a high-level waste liquid 5 (a radioactive solution containing zirconium) to precipitate zirconium in the high-level waste liquid as zirconium molybdate. A precipitate collecting step S102 for collecting the generated precipitate 7 from the residual liquid 8, a drying step S103 for drying the collected precipitate 7, and a reaction between the dried precipitate 7 and the fluorine gas 11 to form a molybdenum fluoride 9 And a fluorination step S104 of obtaining zirconium fluoride 10. Further, the method for separating zirconium may include a conversion step S105 for changing the chemical form of molybdenum fluoride 9.

以下に、本実施例のジルコニウムの分離方法について更に詳細に説明する。   Hereinafter, the method for separating zirconium of the present example will be described in more detail.

原子力発電所から排出された使用済燃料の再処理では、使用済燃料をせん断し、そのせん断物を硝酸溶液に入れて燃料成分を溶解し、その溶液から溶媒抽出法によりウランとプルトニウムを回収する。ウランとプルトニウムを回収した後に残った廃液が高レベル廃液である。この高レベル廃液5にモリブデン6を添加する。モリブデン6の化学形態は特に問わないが、溶液中に不要な成分を持ち込まないためにも、硝酸塩、酸化物又は金属の形態が好ましい。なお、ウラン及びプルトニウムの回収は、使用済燃料を溶解した溶液にモリブデンを添加し、ジルコニウムを分離した後でもよい。その場合も溶媒抽出法を用いることができる。   In the reprocessing of spent fuel discharged from nuclear power plants, spent fuel is sheared, the sheared material is put into a nitric acid solution to dissolve fuel components, and uranium and plutonium are recovered from the solution by solvent extraction. . The waste liquid remaining after recovering uranium and plutonium is high level waste liquid. Molybdenum 6 is added to the high level waste liquid 5. The chemical form of molybdenum 6 is not particularly limited, but is preferably in the form of nitrate, oxide or metal in order to prevent unnecessary components from being brought into the solution. The recovery of uranium and plutonium may be performed after molybdenum is added to a solution in which spent fuel is dissolved to separate zirconium. In such a case, a solvent extraction method can be used.

また、モリブデン酸ジルコニウムの化学形態から検討すると、高レベル廃液5中のモリブデンのモル濃度がジルコニウムのモル濃度の2倍以上になるように、モリブデン6を調整して加える。そうすると、高レベル廃液5中ですべてのジルコニウムがモリブデンと反応し、不溶解性のモリブデン酸ジルコニウムとなり、沈殿する。この沈殿物が沈殿物7に相当する。この沈殿物7を溶液中から回収する。回収方法には、一般的な固液分離法を適用することができる。例えば、ろ過法が適用できる。   Further, considering the chemical form of zirconium molybdate, molybdenum 6 is adjusted and added so that the molar concentration of molybdenum in the high-level waste liquid 5 is at least twice the molar concentration of zirconium. Then, all the zirconium in the high level waste liquid 5 reacts with molybdenum to become insoluble zirconium molybdate and precipitates. This precipitate corresponds to the precipitate 7. The precipitate 7 is recovered from the solution. A general solid-liquid separation method can be applied to the recovery method. For example, a filtration method can be applied.

以上で説明した方法によれば、非常に簡素な方法で高レベル廃液からジルコニウムをモリブデン酸ジルコニウムとして回収することができる。沈殿物7が除かれた高レベル廃液5である残液8については、残液8中に残されたジルコニウム以外のLLFPを回収するための工程へ送られて、例えば溶融塩電解法等の処理が行われる。   According to the method described above, zirconium can be recovered as zirconium molybdate from a high-level waste liquid by a very simple method. The residual liquid 8, which is the high-level waste liquid 5 from which the precipitate 7 has been removed, is sent to a step for recovering LLFP other than zirconium remaining in the residual liquid 8, and is subjected to a treatment such as a molten salt electrolysis method. Is performed.

以下に、モリブデン酸ジルコニウムからジルコニウムを単独で分離する方法を説明する。   Hereinafter, a method for separating zirconium alone from zirconium molybdate will be described.

上記の工程により得られた沈殿物7は、溶液で濡れているため、乾燥工程S103で乾燥させる。例えば、沈殿物7を入れた容器に空気を吹き込みながら100℃程度まで加熱することにより、沈殿物7に付着した水分を飛ばすことができる。このようにして乾燥させた沈殿物7をフッ化工程S104においてフッ素ガス11と反応させる。フッ素ガス11は、純粋なフッ素である必要はなく、フッ素と不活性ガスの混合ガスでもよい。不活性ガスには、アルゴン等の希ガスや、窒素ガス等が使用できる。   Since the precipitate 7 obtained in the above step is wet with the solution, it is dried in the drying step S103. For example, by heating to about 100 ° C. while blowing air into the container containing the precipitate 7, the water attached to the precipitate 7 can be blown off. The precipitate 7 thus dried is reacted with the fluorine gas 11 in the fluorination step S104. The fluorine gas 11 does not need to be pure fluorine, but may be a mixed gas of fluorine and an inert gas. As the inert gas, a rare gas such as argon, a nitrogen gas, or the like can be used.

図5は、モリブデン酸化物とフッ素ガスとの反応、及びジルコニウム酸化物とフッ素ガスとの反応について、ギブス自由エネルギーを計算した結果を示したものである。   FIG. 5 shows the results of calculating Gibbs free energy for the reaction between molybdenum oxide and fluorine gas and the reaction between zirconium oxide and fluorine gas.

本図から、これらの酸化物とフッ素ガスとの反応のギブス自由エネルギーの値は、どの温度においても大きな負の値であり、フッ素ガスと非常に反応しやすいことが分かる。したがって、これらの酸化物にフッ素ガスを接触させると、ただちにフッ化物に転換すると考えられる。   From this figure, it can be seen that the value of Gibbs free energy of the reaction between these oxides and fluorine gas is a large negative value at any temperature, and it is very easy to react with fluorine gas. Therefore, it is considered that when a fluorine gas is brought into contact with these oxides, the oxides are immediately converted to fluorides.

モリブデン酸化物およびジルコニウム酸化物は、モリブデン酸ジルコニウムとは化学形態が異なる。しかしながら、酸化物が非常にフッ化物と反応しやすいため、主要な構成元素が酸素と水素とモリブデンとジルコニウムであるモリブデン酸ジルコニウムも、フッ素ガスと接触すると、容易に反応してフッ化物に転換すると考えられる。   Molybdenum oxide and zirconium oxide differ in chemical form from zirconium molybdate. However, since oxides are very reactive with fluorides, zirconium molybdate, whose main constituent elements are oxygen, hydrogen, molybdenum and zirconium, also reacts readily with fluorine gas to convert to fluorides. Conceivable.

沈殿物7とフッ素ガス11を反応させる温度は、100℃以上かつ200℃以下(100℃から200℃までの範囲)に設定することが好ましい。反応時の温度を100℃以上とすると、フッ化モリブデン9は揮発し、フッ化ジルコニウム10は固体のままであるため、モリブデンとジルコニウムとを分離することができる。   The temperature at which the precipitate 7 reacts with the fluorine gas 11 is preferably set to 100 ° C. or more and 200 ° C. or less (range from 100 ° C. to 200 ° C.). When the temperature at the time of the reaction is 100 ° C. or higher, molybdenum fluoride 9 volatilizes and zirconium fluoride 10 remains solid, so that molybdenum and zirconium can be separated.

この理由は、図6を用いて説明する。   The reason will be described with reference to FIG.

図6は、フッ化モリブデン及びフッ化ジルコニウムの蒸気圧の温度依存性の計算結果を示したものである。   FIG. 6 shows the calculation results of the temperature dependence of the vapor pressure of molybdenum fluoride and zirconium fluoride.

フッ化モリブデンは、蒸気圧が高く、100℃以上であれば蒸気圧が1気圧を超えるため、気体として飛散しやすいことがわかる。一方、フッ化ジルコニウムは、900℃程度以上にならないと蒸気圧が1気圧を超えない。このため、通常使用する炉の材料の耐熱温度以下で100℃以上に加熱すれば、蒸気圧の差を利用してモリブデンとジルコニウムとを分離することができる。通常使用する炉の材料(例えば、Ni合金)の耐熱温度は約600℃である。よって、100℃以上600℃以下で加熱することにより、フッ化モリブデンを気化し、残ったフッ化ジルコニウムを固体として取り出すことができる。ここで、加熱温度は、低い方が操作として容易であり、200℃以下でも分離操作は可能であり望ましい。   It can be seen that molybdenum fluoride has a high vapor pressure, and if the temperature is 100 ° C. or higher, the vapor pressure exceeds 1 atm, so that it is easily scattered as a gas. On the other hand, the vapor pressure of zirconium fluoride does not exceed 1 atm unless it reaches about 900 ° C. or higher. Therefore, if heating is performed at a temperature of 100 ° C. or higher at a temperature lower than the heat-resistant temperature of a furnace material used in general, molybdenum and zirconium can be separated by utilizing a difference in vapor pressure. The heat-resistant temperature of a commonly used furnace material (for example, Ni alloy) is about 600 ° C. Therefore, by heating at 100 ° C. or more and 600 ° C. or less, molybdenum fluoride can be vaporized, and the remaining zirconium fluoride can be taken out as a solid. Here, the lower the heating temperature, the easier the operation is, and the separation operation is possible even at 200 ° C. or less, which is desirable.

図1において、フッ化モリブデン9については、転換工程S105で化学形態をフッ化物以外に転換する。化学形態としては、酸化物とすることが好ましい。また、硝酸塩又は金属としてもよい。化学形態を転換したモリブデンは、再び高レベル廃液5に添加する用途で用いてもよい。   In FIG. 1, with respect to molybdenum fluoride 9, the chemical form is changed to something other than fluoride in the conversion step S105. The chemical form is preferably an oxide. Further, it may be a nitrate or a metal. The molybdenum whose chemical form has been converted may be used for the purpose of adding it to the high-level waste liquid 5 again.

以上で説明した方法によれば、高レベル廃液からジルコニウムを単独で回収することができる。   According to the method described above, zirconium can be independently recovered from high-level waste liquid.

なお、実施例1では、一例として、モリブデンを加える対象を高レベル廃液としている。しかしながら、モリブデンを加える対象は高レベル廃液に対象を限定する必要はなく、使用済燃料を硝酸に溶解した溶液に対してモリブデンを追加し、ジルコニウムをモリブデン酸ジルコニウムとして分離してもよい。この方法でも、実施例1と同様に、ジルコニウムを分離することができる。   In the first embodiment, as an example, the target to which molybdenum is added is a high-level waste liquid. However, the target to which molybdenum is added need not be limited to high-level waste liquid, and molybdenum may be added to a solution in which spent fuel is dissolved in nitric acid, and zirconium may be separated as zirconium molybdate. Also in this method, zirconium can be separated as in the first embodiment.

また、高レベル廃液にモリブデンを添加する前に、高レベル廃液をあらかじめ濃縮してもよい。このようにすれば、高レベル廃液中のジルコニウム濃度を高くすることができ、それによりモリブデンとの反応を促進し、効率よくモリブデン酸ジルコニウムを得ることができる。   Further, before adding molybdenum to the high-level waste liquid, the high-level waste liquid may be concentrated in advance. This makes it possible to increase the zirconium concentration in the high-level waste liquid, thereby promoting the reaction with molybdenum and efficiently obtaining zirconium molybdate.

次に、本実施例のジルコニウムの分離装置について説明する。   Next, the zirconium separation device of the present embodiment will be described.

図2は、本実施例のジルコニウムの分離装置を示す概略図である。   FIG. 2 is a schematic diagram showing a zirconium separation device of the present embodiment.

本図に示すジルコニウムの分離装置は、乾燥器21及びフッ化反応器22を備えている。   The zirconium separation apparatus shown in this figure includes a dryer 21 and a fluorination reactor 22.

まず、上述のように、沈殿析出工程S101で高レベル廃液5にモリブデン6を添加し、溶液中から沈殿物7を回収する(図1の沈殿回収工程S102)で。回収した沈殿物7は、乾燥器21に供給する(図1の乾燥工程S103)。乾燥器21には、ロータリーキルン型の乾燥器を使用できる。乾燥器21には、ヒーター23が備え付けられており、加熱により内部の温度を100℃程度に保持する。沈殿物7とともに空気30を乾燥器21に供給する。これにより、沈殿物7の水分が蒸発する。このようにして、乾燥された沈殿物7である回収物32を得る。   First, as described above, in the precipitation step S101, molybdenum 6 is added to the high-level waste liquid 5, and the precipitate 7 is recovered from the solution (the precipitation recovery step S102 in FIG. 1). The collected precipitate 7 is supplied to the dryer 21 (drying step S103 in FIG. 1). As the dryer 21, a rotary kiln type dryer can be used. The dryer 21 is provided with a heater 23, and maintains the internal temperature at about 100 ° C. by heating. The air 30 is supplied to the dryer 21 together with the precipitate 7. Thereby, the water content of the precipitate 7 evaporates. In this way, a recovered material 32 that is a dried precipitate 7 is obtained.

一方、空気30および蒸発した水分は、排ガス31として回収物32とは別に回収される。その後、回収物32をフッ化反応器22に供給する(図1のフッ化工程S104)。フッ化反応器22には、ロータリーキルン型の反応器を使用できる。フッ化反応器22には、ヒーター24が備え付けられており、加熱により内部の温度を100℃以上かつ200℃以下に保持する。そして、回収物32とフッ素混合ガス33とをフッ化反応器22に供給し、内部で反応させる。フッ化物混合ガス33は、フッ素ガスと不活性ガスの混合ガスである。不活性ガスとしては、反応に影響しないガスを使用し、例えばアルゴンガスや窒素ガスを使用できる。   On the other hand, the air 30 and the evaporated water are collected separately from the collected matter 32 as the exhaust gas 31. Thereafter, the recovered material 32 is supplied to the fluorination reactor 22 (the fluorination step S104 in FIG. 1). As the fluorination reactor 22, a rotary kiln type reactor can be used. The fluorination reactor 22 is provided with a heater 24, and maintains the internal temperature at 100 ° C or higher and 200 ° C or lower by heating. Then, the recovered product 32 and the fluorine mixed gas 33 are supplied to the fluorination reactor 22 and reacted therein. The fluoride mixed gas 33 is a mixed gas of a fluorine gas and an inert gas. As the inert gas, a gas that does not affect the reaction is used, for example, an argon gas or a nitrogen gas can be used.

フッ化反応器22の内部での反応により、回収物32がフッ化モリブデン9とフッ化ジルコニウム10に変化する。フッ化反応器22内の温度では、フッ化モリブデン9はガスであり、フッ化ジルコニウム10は固体であるため、気体と固体を分離して回収することでフッ化ジルコニウム10を単独で回収できる。このようにして、ジルコニウムを単独で回収することができる。   Due to the reaction inside the fluorination reactor 22, the recovered substance 32 is changed into molybdenum fluoride 9 and zirconium fluoride 10. At the temperature in the fluorination reactor 22, the molybdenum fluoride 9 is a gas, and the zirconium fluoride 10 is a solid. Therefore, the zirconium fluoride 10 can be recovered alone by separating and recovering the gas and the solid. In this way, zirconium can be recovered alone.

本実施例によれば、高レベル廃液にモリブデンを加えることや、高レベル廃液を濃縮することといった、非常に簡素な手法により、ジルコニウムを固体として沈殿させることができる。また、固液分離法といった非常に簡素な手法により、高レベル廃液から沈殿物であるジルコニウムを高レベル廃液から回収できる。したがって、総じて非常に簡素な手法で高レベル廃液からジルコニウムを分離することができる。この手法と溶融塩電解法のような既存のLLFPの分離法を組み合わせることで、LLFPの分離において溶融塩電解法を使った分離プロセスを簡素化する効果が得られる。   According to this embodiment, zirconium can be precipitated as a solid by a very simple method such as adding molybdenum to a high-level waste liquid or concentrating the high-level waste liquid. Further, zirconium, which is a precipitate, can be recovered from the high-level waste liquid by a very simple method such as a solid-liquid separation method. Thus, zirconium can be separated from high-level effluents in a very simple manner as a whole. By combining this method with an existing LLFP separation method such as a molten salt electrolysis method, an effect of simplifying a separation process using the molten salt electrolysis method in LLFP separation can be obtained.

図3は、使用済燃料からジルコニウムを分離するまでの本実施例の工程を示すフローチャートである。   FIG. 3 is a flowchart showing the steps of this embodiment until the zirconium is separated from the spent fuel.

本実施例は、実施例1で説明したジルコニウムの分離プロセスに、分離工程S205を追加した構成となっている。以下に、本実施例のジルコニウムの分離方法について、詳細に説明する。   This embodiment has a configuration in which a separation step S205 is added to the zirconium separation process described in the first embodiment. Hereinafter, the method for separating zirconium of the present example will be described in detail.

本実施例においては、フッ化工程S204に至るまでの方法は、実施例1と同じである。乾燥工程S203で得られた乾燥させた沈殿物7をフッ化工程S204においてフッ素ガス11と反応させる。実施例1と違い、フッ化工程S204ではフレーム炉型の反応器を用いる。また、90%以上の高濃度のフッ素ガスを用いることが好ましい。フレーム炉型の反応器については、例えば特許文献1にその一例が示されている。フレーム炉型の反応器では、フッ化する対象物と高濃度のフッ素ガスを反応させるため、化学反応の際に発生する反応熱により反応がおこる領域が1000℃以上のかなりの高温となる。それにより、化学反応の速度が増すため、フレーム炉型の反応器は反応効率が高い反応器である。   In the present embodiment, the method up to the fluorination step S204 is the same as in the first embodiment. The dried precipitate 7 obtained in the drying step S203 is reacted with the fluorine gas 11 in the fluorination step S204. Unlike Example 1, in the fluorination step S204, a flame furnace type reactor is used. Further, it is preferable to use a high-concentration fluorine gas of 90% or more. An example of a flame furnace type reactor is shown in Patent Document 1, for example. In a flame furnace type reactor, an object to be fluorinated reacts with high-concentration fluorine gas, so that a region where a reaction occurs due to reaction heat generated at the time of a chemical reaction has a considerably high temperature of 1000 ° C. or more. Thereby, the rate of the chemical reaction increases, so that the flame furnace type reactor has a high reaction efficiency.

図7は、各酸化物とフッ素ガスとが反応する際の反応のエンタルピーを示したものである。   FIG. 7 shows the enthalpy of reaction when each oxide reacts with fluorine gas.

本発明者は、これまでに、ウラン酸化物をフレーム炉で処理可能なことを実験により確認している。本発明でフッ化する対象物であるモリブデンとジルコニウムの酸化物についても、フッ素との反応では大きな負の反応のエンタルピーを持つことが図7から読み取ることができる。したがって、モリブデンとジルコニウムの化合物であるモリブデン酸ジルコニウム(沈殿物7に相当)も、同様にフレーム炉で処理が可能と予測される。   The present inventors have confirmed by experiments that uranium oxide can be treated in a flame furnace. It can be seen from FIG. 7 that the oxide of molybdenum and zirconium, which is the object to be fluorinated in the present invention, also has a large negative enthalpy in the reaction with fluorine. Therefore, it is expected that zirconium molybdate (corresponding to precipitate 7), which is a compound of molybdenum and zirconium, can be similarly treated in a flame furnace.

このように、図3の乾燥工程S203で得られた乾燥させた沈殿物7をフレーム炉方式のフッ化工程S204でフッ素ガス11と反応させると、化学反応の反応熱により化学反応が起こる領域が非常に1000℃以上の高温になるため、生成するフッ化モリブデンとフッ化ジルコニウムはいずれもガスとなる。   As described above, when the dried precipitate 7 obtained in the drying step S203 of FIG. 3 is reacted with the fluorine gas 11 in the fluorination step S204 of the flame furnace method, a region where the chemical reaction occurs due to the heat of the chemical reaction is formed. Since the temperature becomes extremely high at 1000 ° C. or more, both the generated molybdenum fluoride and zirconium fluoride become gas.

ここで得られた混合ガスは、分離工程S205に供する。分離工程S205は、ガスを流通させることができる配管状の容器であり、温度が200℃以下に保たれている(図4の固体回収部41(後述))。   The mixed gas obtained here is subjected to a separation step S205. The separation step S205 is a pipe-shaped container through which a gas can flow, and the temperature is kept at 200 ° C. or lower (the solid recovery section 41 in FIG. 4 (described later)).

200℃以下では、図6に示すように、フッ化ジルコニウムのみが固体となるため、分離工程S205においてはフッ化ジルコニウムが固体として析出し、フッ化モリブデンはガスとして流出する。   At 200 ° C. or lower, as shown in FIG. 6, only zirconium fluoride becomes a solid, so that in the separation step S205, zirconium fluoride precipitates as a solid, and molybdenum fluoride flows out as a gas.

以上で説明した方法によれば、高レベル廃液からジルコニウムを単独で回収することができる。また、本実施例では、フッ化工程S204で一時的にジルコニウムとモリブデンの両方をフッ化物のガスとするため、気固反応において未反応の固体が残りにくくなり、モリブデンとジルコニウムとの分離が容易になる効果が得られる。   According to the method described above, zirconium can be independently recovered from high-level waste liquid. Further, in this embodiment, since both zirconium and molybdenum are temporarily used as fluoride gas in the fluorination step S204, unreacted solid hardly remains in the gas-solid reaction, and separation of molybdenum and zirconium is easy. Is obtained.

次に、図4を用いて、本実施例のジルコニウムの分離装置について説明する。   Next, the apparatus for separating zirconium of this embodiment will be described with reference to FIG.

本図に示すジルコニウムの分離装置は、実施例1で説明したジルコニウムの分離装置において、フッ化反応器22をフレーム炉40と固体回収部41に置き換えた構成となっている。また、フレーム炉40にはヒーター42、固体回収部41にはヒーター45が備え付けられている。回収物32を得るまでの工程は、実施例1と同じである。   The zirconium separation device shown in this figure has a configuration in which the fluorination reactor 22 is replaced with a frame furnace 40 and a solid recovery unit 41 in the zirconium separation device described in the first embodiment. The frame furnace 40 is provided with a heater 42, and the solid recovery section 41 is provided with a heater 45. The steps up to obtaining the recovered material 32 are the same as in the first embodiment.

本実施例では、回収物32をフッ素ガス43とともにフレーム炉40に供給する。このとき、フレーム炉40の壁面は、ヒーター42により150℃程度に保温されている。フレーム炉40の内部では、回収物32とフッ素ガス43との反応により高温の反応領域であるフレーム44が形成され、このフレーム44の内部および近傍でフッ化反応が起こる。フッ化反応により発生したガスは、順次供給されてくるフッ素ガスやフッ化反応により生じるガスに追い出される形ですみやかにフレーム炉40から出て、固体回収部41へ流入する。   In this embodiment, the recovered material 32 is supplied to the flame furnace 40 together with the fluorine gas 43. At this time, the wall surface of the frame furnace 40 is kept at about 150 ° C. by the heater 42. Inside the flame furnace 40, a reaction between the recovered material 32 and the fluorine gas 43 forms a frame 44, which is a high-temperature reaction region, and a fluorination reaction occurs inside and near the frame 44. The gas generated by the fluorination reaction immediately exits the flame furnace 40 and flows into the solid recovery unit 41 in a form in which the gas is expelled by the sequentially supplied fluorine gas and the gas generated by the fluorination reaction.

固体回収部41は、ヒーター45により150℃程度に保温されている。そのため、流入したガスの温度が低下し、フッ化ジルコニウムのみが凝縮し、気体のフッ化モリブデンと分離される。また、固体回収部41の内部にラシヒリング等を入れておき、気体と接する面積を増やすことでフッ化ジルコニウムを凝縮させやすくしてもよい。気体のフッ化モリブデンは、流入してくるガスに追い出されて固体回収部41から排出される。このようにして、ジルコニウムを単独で回収することができる。   The solid recovery section 41 is kept at a temperature of about 150 ° C. by a heater 45. Therefore, the temperature of the gas that has flowed in is reduced, and only zirconium fluoride is condensed and separated from gaseous molybdenum fluoride. A Raschig ring or the like may be placed inside the solid recovery unit 41 to increase the area in contact with the gas so that zirconium fluoride can be easily condensed. The gaseous molybdenum fluoride is expelled by the inflowing gas and discharged from the solid recovery unit 41. In this way, zirconium can be recovered alone.

本実施例によれば、フッ化工程S204で一時的にジルコニウムとモリブデンの両方をフッ化物のガスとするため、気固反応において未反応の固体が残りにくくなり、実施例1よりもモリブデンとジルコニウムの分離が容易になる効果が得られる。   According to the present embodiment, since both zirconium and molybdenum are temporarily used as fluoride gases in the fluorination step S204, unreacted solids are less likely to remain in the gas-solid reaction. And the effect of facilitating the separation can be obtained.

S101、S201:沈殿析出工程、S102、S202:沈殿物回収工程、S103、S203:乾燥工程、S104、S204:フッ化工程、S105、S206:転換工程、S205:分離工程、5:高レベル廃液、6:モリブデン、7:沈殿物、8:残液、9:フッ化モリブデン、10:フッ化ジルコニウム、11:フッ素ガス、21:乾燥器、22:フッ化反応器、23:ヒーター、24:ヒーター、31:排ガス、32:回収物、33:フッ素混合ガス、40:フレーム炉、41:固体回収部、42:ヒーター、43:フッ素ガス、44:フレーム、45:ヒーター。   S101, S201: Precipitation precipitation step, S102, S202: Precipitation recovery step, S103, S203: Drying step, S104, S204: Fluorination step, S105, S206: Conversion step, S205: Separation step, 5: High-level waste liquid, 6: molybdenum, 7: precipitate, 8: residual liquid, 9: molybdenum fluoride, 10: zirconium fluoride, 11: fluorine gas, 21: dryer, 22: fluorination reactor, 23: heater, 24: heater 31: exhaust gas, 32: recovered material, 33: fluorine mixed gas, 40: flame furnace, 41: solid recovery unit, 42: heater, 43: fluorine gas, 44: frame, 45: heater.

Claims (12)

ジルコニウムを含む放射性溶液からジルコニウムを分離する方法であって、
前記放射性溶液にモリブデンを添加することにより、ジルコニウムとモリブデンとの反応生成物である沈殿物を生成し、
前記沈殿物と液とを分離し、
前記沈殿物は、乾燥し、フッ素と反応させ、100℃以上600℃以下とすることにより、前記沈殿物に含まれるモリブデンをフッ化物の気体として分離する、ジルコニウムの分離方法。
A method for separating zirconium from a radioactive solution containing zirconium,
By adding molybdenum to the radioactive solution, a precipitate that is a reaction product of zirconium and molybdenum is generated,
Separating the precipitate and the liquid,
A method for separating zirconium, wherein the precipitate is dried, reacted with fluorine, and heated to 100 ° C. or higher and 600 ° C. or lower to separate molybdenum contained in the precipitate as a fluoride gas.
ジルコニウムを含む放射性溶液からジルコニウムを分離する方法であって、
前記放射性溶液にモリブデンを添加することにより、ジルコニウムとモリブデンとの反応生成物である沈殿物を生成し、
前記沈殿物と液とを分離し、
前記沈殿物は、乾燥し、フレーム炉でフッ素と反応させることにより、前記沈殿物に含まれるモリブデン及びジルコニウムをフッ化物の気体とし、この気体を600℃以下に冷却することにより、前記ジルコニウムのフッ化物を固体とするとともに、前記モリブデンのフッ化物を気体として分離する、ジルコニウムの分離方法。
A method for separating zirconium from a radioactive solution containing zirconium,
By adding molybdenum to the radioactive solution, a precipitate that is a reaction product of zirconium and molybdenum is generated,
Separating the precipitate and the liquid,
The precipitate, dried by Rukoto reacted with fluorine in a frame furnace, molybdenum and zirconium contained in the precipitate as the gaseous fluoride, by cooling the gas to 600 ° C. or less, the zirconium A method for separating zirconium, wherein the fluoride is made a solid and the molybdenum fluoride is separated as a gas.
請求項1又は2に記載のジルコニウムの分離方法であって、
前記放射性溶液にモリブデンを添加する前に、前記放射性溶液を濃縮する、ジルコニウムの分離方法。
A method for separating zirconium according to claim 1 or 2,
A method for separating zirconium, wherein the radioactive solution is concentrated before adding molybdenum to the radioactive solution.
請求項1又は2に記載のジルコニウムの分離方法であって、
前記放射性溶液は、硝酸溶液である、ジルコニウムの分離方法。
A method for separating zirconium according to claim 1 or 2,
The method for separating zirconium, wherein the radioactive solution is a nitric acid solution.
請求項1記載のジルコニウムの分離方法であって、
前記沈殿物とフッ素とを反応させる温度は、100℃以上200℃以下である、ジルコニウムの分離方法。
A method for separating zirconium according to claim 1, wherein
A method for separating zirconium, wherein a temperature at which the precipitate reacts with fluorine is 100 ° C. or more and 200 ° C. or less.
請求項2記載のジルコニウムの分離方法であって、
前記気体は、200℃以下に冷却する、ジルコニウムの分離方法。
A method for separating zirconium according to claim 2, wherein
The method for separating zirconium, wherein the gas is cooled to 200 ° C. or lower.
請求項1〜6のいずれか一項に記載のジルコニウムの分離方法であって、
前記モリブデンのフッ化物は、その化学形態を転換し、前記放射性溶液に添加する、ジルコニウムの分離方法。
A method for separating zirconium according to any one of claims 1 to 6,
The method of separating zirconium, wherein the molybdenum fluoride changes its chemical form and is added to the radioactive solution.
ジルコニウムを含む使用済の核燃料である使用済燃料を処理する方法であって、
前記使用済燃料を溶解した溶液にモリブデンを添加することにより、ジルコニウムとモリブデンとの反応生成物である沈殿物を生成し、
前記沈殿物と液とを分離し、
前記沈殿物は、乾燥し、フッ素と反応させ、100℃以上600℃以下とすることにより、前記モリブデンのフッ化物を気体として分離する、使用済燃料の処理方法。
A method for treating spent fuel, which is spent nuclear fuel containing zirconium,
By adding molybdenum to the solution in which the spent fuel is dissolved, a precipitate that is a reaction product of zirconium and molybdenum is generated,
Separating the precipitate and the liquid,
A method for treating spent fuel, comprising drying the precipitate, reacting it with fluorine, and separating the molybdenum fluoride as a gas at a temperature of 100 ° C. or more and 600 ° C. or less .
請求項8記載の使用済燃料の処理方法であって、
前記溶液にモリブデンを添加する前に、前記溶液に含まれるウラン及びプルトニウムを除去する、使用済燃料の処理方法。
A method for treating spent fuel according to claim 8,
A method for treating spent fuel, comprising removing uranium and plutonium contained in the solution before adding molybdenum to the solution.
請求項8記載の使用済燃料の処理方法であって、
前記沈殿物と前記液とを分離した後、前記液に含まれるウラン及びプルトニウムを除去する、使用済燃料の処理方法。
A method for treating spent fuel according to claim 8,
A method for treating spent fuel, comprising removing uranium and plutonium contained in the liquid after separating the precipitate and the liquid.
請求項8〜10のいずれか一項に記載の使用済燃料の処理方法であって、
前記溶液は、硝酸溶液である、使用済燃料の処理方法。
A method for treating spent fuel according to any one of claims 8 to 10,
The method for treating spent fuel, wherein the solution is a nitric acid solution.
請求項8記載の使用済燃料の処理方法であって、
前記モリブデンのフッ化物は、その化学形態を転換し、前記溶液に添加する、使用済燃料の処理方法。
A method for treating spent fuel according to claim 8,
Fluoride of the molybdenum, converted its chemical form, added before Ki溶 liquid processing method of spent fuel.
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